現実の原子は、原子の大きさに比べて原子核が極めて小さく、また電子は確率的に分布しているため、原子の構造を写実的に正確に描くことは困難であり、またそのような描写は原子の構造を理解する上で必ずしも有益ではない。そのため、原子の構造を示す際は人間の頭脳でも把握しやすいようにデフォルメ・再構成した模式図が通常は用いられる。右に示した図はその一例である。この図では酸素原子のうち最も存在量が多い¹⁶Oを表している。最内殻（K殻）に2個、その外側の殻（L殻）に6個の計8個の電子、核内に8個の陽子と8個の中性子の存在を読み取ることができる。
第一次攻撃隊の収容は午前6時30分（9:30)までに完了したとされるが、蒼龍では午前6時50分頃までかかっている。南雲中将は連合艦隊（山本五十六長官）に米空母発見を知らせると、直ちに米空母攻撃へ向け準備を開始する。赤城では第一次攻撃隊の収容が終わると九十七艦攻の雷装への復旧作業が開始された。この状況下、午前6時20分（9:20）頃にジョン・ウォルドロン少佐率いるホーネット雷撃隊TBD デバステイター雷撃機15機が日本の機動部隊上空に到達、日本側では赤城や筑摩が確認した。この時点で南雲機動部隊の直掩機は18機に減少していたが、直ちに加賀5機、赤城3機が迎撃に上がる。アメリカ軍攻撃隊は部隊毎に進撃したので連携が取れず、ホーネット雷撃隊は戦闘機の護衛の無いまま赤城を狙った。一機の雷撃機は赤城の艦橋に接近して墜落し、草鹿参謀長は死を覚悟している。デバステーター隊は零戦により全機が撃墜され、不時着水した機体から脱出したジョージ・ゲイ少尉1人を除く隊員29名が戦死した。ゲイ機は蒼龍を雷撃して飛行甲板上を通過したが、魚雷は命中せず、直後に零戦に撃墜されたとされる。戦闘後の名誉勲章推薦状には「ホーネット雷撃隊は日本空母に魚雷を命中させ、日本の空母に最初に大打撃を与えた」とあり、後にホーネット隊は他の部隊から恨みを買うことになる。一方「ホーネット」の戦闘機隊と爆撃隊は雲で雷撃隊を見失い、南雲部隊も発見できなかった。戦闘機隊とドーントレス13機はミッドウェー基地へ向ったが、燃料切れでワイルドキャット全機とドーントレス3機が不時着水、残りのドーントレス20機はホーネットに帰艦した。午前6時37分（09:37）、利根の4号機から「燃料不足のため帰投する（発午前6時30分）」と連絡が入る。阿部司令は午前7時（10:00）まで接触を維持することを命じたが「我れ出来ず」との返答を受け、帰還を許可した。同時刻、利根の4号機と交代すべく筑摩の5号機が発進した。午前7時（10:00)、蒼龍の十三試艦爆は索敵線上に米艦隊を発見できず、引き返した。これは前述のように、利根4号機が報告した米艦隊の位置が100km以上ずれていたためである。午前6時50分（09:50）、ユージン・リンゼー少佐率いるエンタープライズの雷撃隊14機が南雲部隊上空に到達した。通信不良と連携ミスにより10機のワイルドキャットはホーネット雷撃隊を護衛していたため、エンタープライズの雷撃隊を掩護できなかった。エンタープライズの雷撃隊は加賀を目標にするが9機を失い、帰還中の1機が着水、1機が帰還後投棄、残存3機だった。零戦1機撃墜と引き換えに隊長を含む29名が戦死する。その上、命中魚雷も得られなかった。戦闘機隊の連携ミスで護衛を受けられず多くの隊員を失ったことに生き残った隊員達は激怒し、帰還後に戦闘機隊隊員の控室に拳銃を持って怒鳴りこんだと同隊の戦闘詳報に記載されている。一方で、零戦の攻撃に積極性が見られず、度重なる発進、戦闘、着艦の連続で疲労がたまっていたという推測もなされている。（10:10）、ランス・マッセイ少佐指揮のヨークタウンの第3雷撃隊が南雲部隊上空に到達した。飛龍は他の3空母より前方を進み、雲の下を航行していたという。ヨークタウン雷撃隊12機は、突出した飛龍を挟撃すべく2個小隊（6機）にわかれると、攻撃を開始した。その上空では、戦闘機隊指揮官ジョン・サッチ少佐によって、サッチ少佐の発案した対ゼロ戦空戦戦術サッチウィーブが初めて試されようとしていた。この時点でヨークタウン戦闘機隊は6機だけである。雷撃隊全てを護衛できずTBDデバステーター10機が撃墜され、帰還中の残りの2機も燃料切れで不時着水し全機損失、24名中21名（隊長含）が戦死、飛龍に魚雷5本を発射したが全て回避された。だが15機の零戦に6機で挑み、損害1機に対し5機撃墜というアメリカ軍側記録はサッチ・ウィーブ戦法の有効性を証明し、米戦闘機隊隊員に自信を持たせたという。一方プランゲは「サッチ戦法はあまり効果がなかった。主任務である雷撃隊の掩護に関する限り、戦闘機隊は何の役にも立たなかった」と評している。生還した雷撃隊操縦者ハリイ・コールは、零戦24機に襲われたと証言している。コールの証言によれば、この時点でほとんどの日本軍直掩機がヨークタウン隊戦闘機隊と雷撃機隊に集中し、低空で戦っていたことになる。この時、同隊雷撃機隊員が駆逐艦嵐に救助され重大な情報を供述した（「飛龍の反撃」を参照）。